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交换与路由技术

5 min中级

交换与路由技术：VLAN、STP、链路聚合、静态路由、动态路由与策略路由

知识点地图

  • 知识类别：交换与路由核心技术——VLAN、生成树、链路聚合（交换层）与静态路由、OSPF、BGP、策略路由（路由层）。VLAN 的专题细节与完整实验在 165 篇，BGP 的深水在 300 篇。
  • 解决什么问题：多交换机组网如何隔离广播域、有环网络如何不广播风暴、如何把多条链路捆成一条、路由器之间如何自动学习路径。
  • 什么时候用到：园区网/数据中心组网；排障时判断「二层通不通、路由对不对」；设备选型与配置下发。

1. VLAN 技术

1.1 VLAN 原理

VLAN（Virtual LAN）将物理网络划分为多个逻辑广播域：

  • 基于端口：将端口分配到 VLAN
  • 基于 MAC：根据 MAC 地址分配
  • 基于协议：根据协议类型分配

802.1Q 标签：

目的MAC

源MAC

TPID 8100

TCI VLAN ID

目的MAC

源MAC

TPID 8100

TCI VLAN ID

mermaid diagram

4 字节标签：TPID(0x8100) + PCP(3bit) + DEI(1bit) + VID(12bit, 0~4095)

1.2 Trunk 链路

在交换机间传输多个 VLAN 的流量：

bash
# Cisco 配置
interface GigabitEthernet0/1
  switchport mode trunk
  switchport trunk allowed vlan 10,20,30

# Huawei 配置
interface GigabitEthernet0/0/1
  port link-type trunk
  port trunk allow-pass vlan 10 20 30

1.3 VLAN 间路由

方式设备优缺点
单臂路由路由器子接口带宽瓶颈
三层交换三层交换机高性能
SVI交换机虚拟接口最常用

2. 生成树协议（STP）

2.1 STP 原理

防止二层环路，通过阻塞冗余链路实现：

  1. 选举根桥（Bridge ID 最小）
  2. 每个非根桥选举根端口（到根桥路径开销最小）
  3. 每个网段选举指定端口
  4. 阻塞非根端口和非指定端口

BPDU：Bridge Protocol Data Unit，交换机间交换的信息。

2.2 STP 端口状态

状态接收BPDU发送BPDU转发数据学习MAC
Blocking是否否否
Listening是是否否
Learning是是否是
Forwarding是是是是

收敛时间：Blocking → Listening(15s) → Learning(15s) → Forwarding = 50秒

2.3 RSTP（802.1w）

快速生成树协议，改进收敛时间：

端口角色说明
根端口到根桥最优路径
指定端口网段上转发数据的端口
替代端口根端口的备份
备份端口指定端口的备份

收敛时间：1~3秒

2.4 MSTP（802.1s）

多生成树协议，支持多个 VLAN 映射到不同生成树实例：

bash
stp region-configuration
  region-name RG1
  instance 1 vlan 10 20
  instance 2 vlan 30 40
  active region-configuration

3. 链路聚合

3.1 LACP（802.3ad）

链路聚合控制协议，动态协商聚合链路：

bash
# Cisco
interface Port-channel1
  switchport mode trunk
interface range GigabitEthernet0/1-2
  channel-group 1 mode active

# Huawei
interface Eth-Trunk1
  port link-type trunk
interface GigabitEthernet0/0/1
  eth-trunk 1
interface GigabitEthernet0/0/2
  eth-trunk 1

3.2 负载均衡

方式说明
src-mac源MAC哈希
dst-mac目的MAC哈希
src-dst-mac源+目的MAC哈希
src-ip源IP哈希
dst-ip目的IP哈希
src-dst-ip源+目的IP哈希

4. 静态路由

4.1 配置

bash
# Cisco
ip route 10.0.0.0 255.255.255.0 192.168.1.1
ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.1.1    # 默认路由

# Huawei
ip route-static 10.0.0.0 255.255.255.0 192.168.1.1
ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.1.1

# Linux
ip route add 10.0.0.0/24 via 192.168.1.1
ip route add default via 192.168.1.1

4.2 路由优先级

  1. 最长前缀匹配
  2. 管理距离（AD）最小
  3. 度量值最小
路由来源Cisco ADHuawei 优先级
直连00
静态160
OSPF11010
RIP120100
BGP20/200255

5. OSPF 路由协议

5.1 OSPF 基础

  • 链路状态协议
  • 使用 Dijkstra 最短路径算法
  • 区域化设计
  • 快速收敛

5.2 OSPF 区域

区域类型说明
骨干区域(Area 0)必须存在，连接所有区域
普通区域标准区域
末梢区域(Stub)不接收外部路由
NSSA允许引入少量外部路由
Totally Stub仅接收默认路由

5.3 OSPF 配置

bash
# Cisco
router ospf 1
  router-id 1.1.1.1
  network 10.0.0.0 0.0.0.255 area 0
  network 10.0.1.0 0.0.0.255 area 1

# Huawei
ospf 1 router-id 1.1.1.1
  area 0
    network 10.0.0.0 0.0.0.255
  area 1
    network 10.0.1.0 0.0.0.255

5.4 OSPF LSA 类型

类型名称产生者传播范围
1Router LSA每个路由器区域内
2Network LSADR区域内
3Summary LSAABR区域间
4ASBR SummaryABR区域间
5External LSAASBR全AS
7NSSA ExternalNSSA ASBRNSSA内

6. BGP 路由协议

6.1 BGP 基础

  • 路径向量协议
  • 自治系统间路由
  • 基于策略的路由选择
  • TCP 179 端口

6.2 BGP 选路属性

按优先级排序：

  1. Weight（Cisco 私有）
  2. Local Preference
  3. 本地起源
  4. AS Path 最短
  5. Origin（IGP < EGP < Incomplete）
  6. MED
  7. eBGP > iBGP
  8. IGP 度量最小
  9. 最长连接时间
  10. 最小 Router ID

6.3 BGP 配置

bash
router bgp 65001
  bgp router-id 1.1.1.1
  neighbor 10.0.0.2 remote-as 65002
  neighbor 10.0.0.2 description ISP-A
  network 192.168.0.0 mask 255.255.0.0
  !
  address-family ipv4
    neighbor 10.0.0.2 activate
    neighbor 10.0.0.2 route-map SET-LOCAL-PREF in
  !
route-map SET-LOCAL-PREF permit 10
  set local-preference 200

7. 策略路由

7.1 PBR 配置

bash
# 基于源IP的策略路由
access-list 10 permit 192.168.1.0 0.0.0.255
route-map PBR permit 10
  match ip address 10
  set ip next-hop 10.0.0.1

interface GigabitEthernet0/0
  ip policy route-map PBR

7.2 应用场景

  • 多出口链路负载分担
  • 特定流量走专线
  • 流量清洗引流

动手实践

练习 1（STP 观察与根桥控制）：在模拟器（eNSP/HCL，见 035 篇）连三台交换机成环，display stp（华为）或 show spanning-tree（Cisco）观察根桥选举；把性能最好的一台配置为根桥（stp root primary），再观察端口角色变化。

提示：根桥所有端口都是指定端口（转发），非根桥上到根桥方向的口是根端口。

练习 2（链路聚合带宽验证）：两台交换机之间捆两条链路做 Eth-Trunk，单条链路打流测带宽，再启用第二条对比；拔掉一条观察业务不中断。

提示：两端负载均衡模式要一致；成员口速率/双工必须相同。

练习 3（OSPF 邻居排错）：故意把两台 OSPF 路由器的一端 area 配错（area 1 vs area 0），display ospf peer 观察 neighbor 卡在什么状态；再故意改 MTU 不一致，观察卡 Exstart/Exchange 的现象。

提示：邻居起不来的排查清单：hello/dead 定时器、area 号、认证、网段掩码、MTU。

参考实现（先自己动手，再看这里）
text
练习 1（华为 eNSP 语法）:
  [SW1] display stp          # 记下当前根桥 MAC
  [SW-CORE] stp priority 0   # 或 stp root primary
  [SW1] display stp brief    # 端口角色/状态刷新

练习 2:
  [SW1] interface Eth-Trunk 1
  [SW1-Eth-Trunk1] mode lacp-static
  [SW1-Eth-Trunk1] trunkport GigabitEthernet0/0/1 to 0/0/2
  [SW1] display eth-trunk 1   # 两个成员口都 Selected 才算捆绑成功

练习 3:
  RT-A: ospf 1 → area 0 → network 10.1.1.0 0.0.0.255
  RT-B: ospf 1 → area 1 → network 10.1.1.0 0.0.0.255   # area 不一致
  [RT-A] display ospf peer    # 无 FULL 邻居
  # 修正为同 area 后邻居进入 Full；再实验 MTU 不一致时
  # 邻居卡在 Exstart/Exchange，display ospf interface 可见双方 MTU